小麦TaHMA2转运蛋白的底物特异性和调节籽粒Zn转运和累积的机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31370281
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0204.水分和营养物质的运输与代谢
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Zinc is an essential element for human, Millions of people worldwide are suffering from nutritional deficiency of zinc, the low zinc content of staple crops like wheat (Triticum aestivum) is the major cause in developing country. Enhancement of Zn translocation and partitioning from root to shoot is one of the strategies in biofortification. Heavy metal ATPase 2 (HMA2) plays important roles in regulation Zn2+ uptake, transport and accumulation, and it could be candidate genes for engineering modification of zinc concentration partitioning in grains. However, the molecular mechnism of Zn accumuated in wheat grains remains fragmentary. To enhance the Zn concentration in grains of wheat, based on our previous experimental results, we will focus on the substrate specificity and activity rate of various mutant version of TaHMA2 transporting protein by the truncation of the C-terminal sequence and a single base-pair mutation, the level and cell and tissue specificity of TaHMA2 promoter activity using the 5' end deletion analysis, examining how TaHMA2 alters the distribution of Zn within the leaf and grain by imaging with the fluorescent Zn indicator Zinpyr-1 and synchrotron radiation X-ray fluorescence (SRXRF). The relationship between the expression pattern of TaHMA2 and content of Zn and other essential metals (Mn, Fe, Cu) in grain was investigated. Finally, we could figure out the mechanism of TaHMA2 modification the Zn translocation and distribution in grain. The results will provide theoretic knowledge for zinc biofortification of staple crops.
锌作为人体必需的微量元素,粮食作物中锌含量偏低是导致许多发展中国家人体锌缺乏的重要原因,提高作物锌向地上部的转运和分配是解决人类锌营养匮乏的重要途径之一。重金属转运蛋白2(HMA2)在锌的吸收、转运、分配和积累等各个过程起着非常重要的作用,是调控籽粒Zn累积的一个候选基因,然而,小麦籽粒Zn累积的机制未见报道。为了强化小麦籽粒的Zn营养,本项目拟在前期工作基础上,利用C-末端缺失和单碱基突变技术研究小麦TaHMA2突变体的底物专一性和转运活性,用5'末端缺失方法分析TaHMA2启动子的活性和表达的组织部位特异性,用Zn荧光探针和用微区同步辐射技术(SRXRF)分析TaHMA2如何调控小麦叶片和籽粒中Zn的分配,揭示TaHMA2基因的表达与Zn和其它必需元素含量的关系,最终勾画出TaHMA2调控籽粒Zn移位和分配的分子机制。为作物的锌营养强化提供理论基础。

结项摘要

土壤肥力的退化和环境污染导致耕地出现缺锌(Zn)和镉(Cd)积累情况,严重影响作物生长发育。因此增加作物的必需元素,减少有害重金属的累积是农业生产中一个紧迫的环境问题。通过分子育种的方法是潜在解决作物缺锌和镉毒害问题的途径。小麦重金属ATP酶2(TaHMA2)在Zn2+/Cd2+累积和转运中起重要作用。本研究我们报道了过表达TaHMA2的酵母能累积更多的Cd2+,对Cd2+非常敏感。而过表达TaHMA2拟南芥能提高对Zn2+/Cd2+的耐受性,且增加对Zn2+/Cd2+从地下部到地上部的转运能力。TaHMA2在酵母和拟南芥中均定位在细胞质膜上。研究还发现TaHMA2的N端金属结合域 (N-MBD)上包含CCxxE和CPC基序,两个基序上的半胱氨酸(Cys)突变后,过表达酵母和拟南芥在Zn2+/Cd2+处理下丧失了对Zn2+/Cd2+的耐受性和转运能力,而谷氨酸(Glu)的突变不影响对Zn2+/Cd2+的转运。同时C末端截断的TaHMA2过表达酵母和拟南芥降低对Zn2+/Cd2+的耐受性和转运,结果表明N-MBD上CCxxE和CPC基序中半胱氨酸对Zn2+/Cd2+的结合和转运起至关重要的作用。本课题研究成果为小麦TaHMA 2基因在作物分子设计育种中的应用及其调节作物中金属元素的离子平衡提供了理论依据。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
喹啉降解菌Ochrobactrum sp. 的好氧降解特性及其在 焦化废水中的生物强化作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐伟超;吴翠平;张玉秀
  • 通讯作者:
    张玉秀
Growth and Cadmium Accumulation of Solanum nigrum L. Seedling were Enhanced by Heavy Metal-Tolerant Strains of Pseudomonas aeruginosa
铜绿假单胞菌耐重金属菌株促进龙葵幼苗的生长和镉积累
  • DOI:
    10.1007/s11270-016-3167-6
  • 发表时间:
    2016-11
  • 期刊:
    Water, Air, and Soil Pollution
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shi Peili;Zhu Kangxing;Zhang Yuxiu;Chai Tuanyao
  • 通讯作者:
    Chai Tuanyao
A copper-responsive gene cluster is required for copper homeostasis and contributes to oxidative resistance in Deinococcus radiodurans R1
铜响应基因簇是铜稳态所必需的,并有助于耐辐射球菌 R1 的抗氧化性
  • DOI:
    10.1039/c4mb00320a
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Molecular BioSystems
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhongchao Zhao;Zhengfu Zhou;Liang Li;Xianyi Xian;Xiubin Ke;Ming Chen;Yuxiu Zhang
  • 通讯作者:
    Yuxiu Zhang
焦化废水处理厂活性污泥对硫氰化物的降解机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    环境化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张玉秀;尹莉;李海波;蒙小俊;盛宇星;曹宏斌
  • 通讯作者:
    曹宏斌
水稻低Cd累积相关基因RNA干扰载体及根特异性表达载体的构建
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国科学院大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈煜娴;冯珊珊;柴兴苹;柴团耀
  • 通讯作者:
    柴团耀

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其他文献

Identification of genes upregu
基因upregu的鉴定
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    柴团耀
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    李星;陈默;柴团耀;王红
  • 通讯作者:
    王红
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    西北农林科技大学学报,2005,11:106-112
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王彦梅;张正斌;柴团耀;徐萍;赵鸿彬.
  • 通讯作者:
    赵鸿彬.
A PCR-enriched cDNA pool for
PCR 富集 cDNA 池
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郎明林;张玉秀;柴团耀
  • 通讯作者:
    柴团耀
A repeat region from the Brassica juncea HMA4 gene BjHMA4R is specifically involved in Cd2+ binding in the cytosol under low heavy metal concentrations
芥菜 HMA4 基因 BjHMA4R 的重复区域特异性参与低重金属浓度下细胞质中 Cd2 的结合
  • DOI:
    10.1186/s12870-019-1674-5
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    BMC plant biology
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    王建武;梁爽;相微微;代惠萍;段义忠;亢福仁;柴团耀
  • 通讯作者:
    柴团耀

其他文献

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柴团耀的其他基金

基于同步辐射的水稻茎节Ⅰ调控籽粒Zn、Cd累积机制探究
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    U1632111
  • 批准年份:
    2016
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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